可见光通信系统无线资源分配算法研究

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可见光通信因为无需频谱规划、保密性好、无电磁污染等优点,近来得到了学术界的广泛关注。本文围绕可见光通信室内覆盖系统的无线资源分配算法,研究了移动用户的接入LED选择方案、时隙与功率分配方案、NOMA VLC下行链路功率分配方案,具体内容如下:一、针对LED的数目多于用户数目的VLC室内覆盖场景,在一个用户可以选择多个LED作为接入点的条件下,基于SINR门限尽可能大的准则构建了用户接入点选择问题对应的优化问题。首先将该优化问题转换为等价的最小SINR最大化的优化问题。针对该优化问题,提出了三种算法,根据算法的结果得到三种LED接入点选择方案;这三种算法的思想分别是:1)用户按照固定次序依次选择信道增益最大的可选LED进行连接;2)用户按照SINR从小到大的排序依次选择使得自身SINR最大的可选LED进行连接;3)在第二种的算法基础上逐步增大系统最低SINR。仿真表明第三种算法性能最优,其次是第二种算法。二、针对多LED多用户场景,在所有的LED灯完全复用、用户通过TDMA方式分配信道资源的条件下,基于所有LED发送总功率最小的原则,建立了时隙与功率分配的优化问题。首先通过反证法证明了最优的时隙分配必须与速率要求成正比的结论,然后将优化问题转化为一个纯粹的功率分配问题,并提出了两种功率分配算法。第一种算法的思路是,始终沿着系统总功率下降的方向寻找可行点,第二种算法的思路是,将约束通过Taylor展开变成线性约束,进而应用线性规划进行求解。仿真表明第一种算法的性能更好。三、针对单LED多用户场景,在下行链路通过NOMA方式功率复用的条件下,分别基于公平性和QoS约束,建立了最小速率最大化的功率分配优化问题和系统总速率最大的功率分配优化问题。首先将QoS约束转化为功率线性约束,证明了如下结论:QoS约束为凸约束,并得到约束取等号时解的表达式;当功率取值大于该表达式时,QoS约束必定满足。按照以下步骤给出了第一个优化问题的算法:1)将该问题转换为用户速率门限最大的优化问题,用户速率门限等效为QoS约束,也即线性约束;2)分离功率变量,采用二分法求得速率门限的最大值;3)将求得的速率门限代入最终解的表达式,获得用户功率的数值解。按照以下步骤给出了第二个优化问题的算法:1)在QoS约束转化为线性约束后,将该问题转换为最优解等效的三个变量的联合优化问题;2)给出了求解该问题的迭代算法,并得到问题的数值解。仿真验证了两种情况下的系统性能。
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